精过滤器滤芯清洗机的设计

穆洪彪 孙迎波

（杭州中法实业股份有限公司）（核工业二四二地质大队)

精过滤器滤芯清洗机的设计

穆洪彪*孙迎波

（杭州中法实业股份有限公司）（核工业二四二地质大队)

阐述了一种精过滤器滤芯清洗机的结构和工作原理。该机具有无死角、清洗效率高、操作安全、节水等优点。

精过滤器 滤芯 清洗机 聚酯树脂

0 前言

在聚酯树脂生产中，精过滤器是生产流程中的重要过滤部件，用于过滤生产原料中未参与反应或管道中的固体杂质。通常，精过滤器在使用一段时间后，就要对安装在其内部的一组滤芯进行清洗。否则由于滤芯孔隙的堵塞，会减缓出料速度，降低生产效率。原清洗流程是把精过滤器滤芯放在氢氧化钠溶液（NaOH）中煮，然后直接从外部用高压水枪进行清洗。在长时间使用之后，一直感到过滤效果大不如前。经对我公司的精过滤器的工作原理进行分析后发现，从滤芯外部进行清洗作业时，其水流方向与清洗杂质所需要的水流方向刚好反向，所以清洗效果不佳。此外，开放式的高压水流会飞溅到操作工身上，具有潜在的危险。因此，笔者设计了本文所述的这种安全、高效的滤芯清洗设备。该滤芯清洗机具有无死角、清洗效率高、操作安全、节水等优点。本文阐述了这种精过滤器滤芯清洗机的结构和工作原理。

1 精过滤器滤芯的工作原理

图1所示为一精过滤器的结构。

如图1所示，液态聚酯树脂在增压泵的作用下，由进料口流入精过滤器桶2内，再经精过滤器滤芯（以下简称滤芯）4的过滤网，从滤芯内部与滤芯安装板9相通的小孔流入滤桶2的下部，再由出料口排出。由图1可知，液流中的大颗粒固体杂质会被挡在滤芯的外表面。因此当用高压水流再从外部冲击这些无机物杂质时，会有部分杂质镶嵌在滤芯的网孔中，使滤芯逐渐失去过滤功能。

2 滤芯清洗机的设计

2.1 滤芯清洗机的组成和工作原理

2.1.1 滤芯清洗机的组成

滤芯清洗机的组成如图2、图3所示。滤芯清洗机由高压喷头旋转机构、定位导向机构、滤芯纵向移动机构和保护限位装置组成。

图1 精过滤器结构

图2 滤芯清洗机

2.1.2 滤芯清洗机的工作原理

高压水（水压p大于7 MPa）经由清洗机的高压喷头旋转机构流入滤芯（9）的内部，由高压喷头（10）的径向小孔喷出，在清洗管（3）的旋转作用下，水流可覆盖滤芯（9）的径向四周；定位导向机构、滤芯纵向移动机构和保护限位装置相结合，使滤芯（9）在有效过滤长度内前后移动，进行清洗作业。该滤芯清洗机清洗效率高、安全、节水。

图3 齿轮齿条传动机构

2.2 滤芯清洗机零部件参数的选择和设计要点

2.2.1 高压喷头旋转机构设计

高压喷头旋转机构主要由高压旋转接头（2）、涡轮涡杆减速电机（23）、清洗管（3）和高压喷头（10）等部件组成。其作用是把高压水引入滤芯（9）的内部，形成转动的径向高压清洗水流。

（1）涡轮涡杆电机参数的选择

由于该台电机只是用于克服轴承和密封圈摩擦等的微小阻力，可不需进行功率和扭矩等方面的校核。设计要点：输出轴内径应能安装清洗管，并应满足高压旋转接头对转速的要求。

（2）高压旋转接头和高压喷头的选择

高压旋转接头和高压喷头为标准部件，可依据清洗滤芯所需水压及流量选择。

2.2.2 清洗管最小壁厚的校核

清洗管内的水压较高，为确保人身安全，可以用液压缸的壁厚公式进行校核。

在δ/D≤0.08时，可按薄壁圆筒的计算公式进行校核：

式中 δ——缸筒壁厚，mm；

pmax——缸筒内的最高工作压力，MPa；

D——缸筒内径，mm；

[σ]——缸筒材料的许用应力，MPa；

铸钢 [σ]=100～110 MPa；

锻钢 [σ]=100～120 MPa；

无缝钢管 [σ]=100～110 MPa；

铸铁 [σ]=60～70 MPa。

2.3 定位导向机构设计

定位导向机构主要由定位座（14）、导向杆（13）、导向板（36）和与导向板（36）组合成一体的滤芯桶（8）等零件组成。对滤芯起径向定位、沿导向杆纵向移动的作用。

导向杆直径的确定和校核按如下步骤进行：

在这台设备中，导向杆只在与滤芯桶导向板接触点处受到桶及滤芯等零件的自重载荷，受力不大。但是为保证导向杆有足够的刚度，应按受静载荷梁的应力及位移计算公式进行最大挠度校验，这也是对导向杆直径的间接校核。

一般用途轴的挠度范围：

ymax=（0.000 3～0.000 5）l

两端固定受静载荷梁的最大挠度公式为：

式中 P——导向杆与导向板接触处的载荷，N；

l——两只定位座间的距离，m；

a——定位座距力P作用处的距离，m；

E——材料的弹性模量，GPa；

d——导向杆外径，m。

2.4 滤芯纵向移动机构设计

2.4.1 滤芯纵向移动机构的组成及有关参数

如图3所示，滤芯的纵向移动应用齿轮齿条传动机构完成。主要由齿轮（39）、齿条（41）、轴承座（49）、搬轮（28）等零件组成。因为齿轮的负荷较轻，可不用进行强度校核，但应按整台设备的布局来选择齿轮的模数、齿宽等参数。

2.4.2 清洗时间

依据试验结果，确定齿条移动速度及清洗一次所需时间。一般需要四个行程，约10 s左右就可完成一只滤芯的清洗。

2.5 保护和限位装置设计

清洗精过滤器滤芯所用水的压力较高，一般大于7 MPa。因此，在清洗作业时应杜绝对操作员工的伤害。在这里采用了物理防护和电子防护两种保护措施。

物理防护是在高压喷头的位置安装固定防护罩，阻挡喷射水流。电子保护装置是在滤芯桶右端限位处安装红外线接近开关，用于在打开滤芯桶之前强制切断高压水流。

保护和限位装置的组成如图2所示， 保护和限位装置由防护罩（7）、红外线接近开关（33）、清洗限位杆（18）等零件组成。限位杆长度的确定原则：工作时使滤芯在有效过滤长度内移动，不可脱离防护罩（7）的保护范围。

3 结论

阐述了一种精过滤器滤芯清洗机的结构和工作原理。

（1）该滤芯清洗机采用旋转高压喷头设计，无死角，清洗彻底。

（2）该滤芯清洗机设计新颖，结构简单，具有清洗效率高、操作安全、节水等优点，值得推广。

[1]王益群，高殿荣.液压工程师技术手册 [M]．北京：化学工业出版社，2009．

[2]成大先．机械设计手册：常用设计资料 [M]．北京：化学工业出版社，2004．

[3]成大先．机械设计手册：轴及其联接 [M]．北京：化学工业出版社，2004．

Design of the Washing Machine for Fine Filter Element

Mu Hongbiao Sun Yingbo

Introduces the structure and working principle of a washing machine for the fine filter element.The machine has advantages of high washing efficiency without death corner,safe operation and water saving.

Fine filter;Filter element;Washing machine;Polyester resin

TQ 051.8+5

2013-06-15）

*穆洪彪，男，1968年生，工程师。杭州市，310009。